新風直接冷卻空調箱應用于數據中心的節能研究

金明杰 余建平 張華杰

摘要：在本篇文章當中，主要就數據中心的是溫度要求以及室外空氣的品質等進行相關的研究，然后探討新風直接自然冷卻的應用背景，以數據中心的具體案例來進行探討研究 一次回風以及兩次回風的自然冷卻，空調箱的應用包括其控制邏輯，指出防霜是空調箱回風次數選擇的一個最為首要的因素，希望能夠為新風直接自然冷卻空調箱的回風次數的研究提供更多的參考意見。

關鍵詞 ：數據中心 ;新風直接自然冷卻 ;一次回風

現如今數據中心所使用的主流空調裝置，大多都是機房的專用空調。但是在數據中心發展的初級階段也有一部分使用的是組合式的空調箱，機房空調在使用的過程當中更加地靈活，而且工作量也比較小，設置的周期也非常的短，并且能夠做到批量的生產，擁有著非常強的可靠性，所以說在使用的時候是比較多的，近幾年，伴隨著數據中心對于節能的不斷的追求，開始引入大量的冷卻技術，比方說動態自然冷卻空調系統以及熱管自然冷卻系統等等，上述技術都屬于間接冷卻的范疇，室內外通過中間介質能夠有效地實現自然冷卻，但是或多或少會犧牲部分自然冷卻的時間，而新風直接自然冷卻空調箱屬于一種新型的冷卻產品，在數據中心也有了不少的應用，由于新風可以直接地有效去減少能量的置換和傳遞的環節，并且節能效果非常地顯著，所以說把室內的新風直接引入到室內當中，能夠有效地降低空調的損耗，在本篇文章當中也會就新風直接自然冷卻空調箱在數據中心當中的節能應用進行一定的研究。

1、節能分析的背景說明

1.1新風直接自然冷卻空調箱

伴隨著社會經濟得不斷的發展，應用于數據中心的空調機組的種類會變得越來越多，主要包括基站的空調以及房間及機房空調等等，除了行級空調在安裝的時候，其機柜沒有辦法直接采取新風自然冷卻以外，其他的空調末端都可以使用這樣的功能，利用新風來完成自然冷卻，新風直接自然冷卻基站一般來說是一個整體性的機組，可以通過控制各個通風閥來開啟新風，實現室內的直接自然冷卻，新風直接自然冷卻機房通常在下送風房間及配置好混風箱，組合式的空調箱能夠采取更加模塊化的設計，一般來說包括盤管段，混風段以及過濾段等等，包括不同的模塊也會形成不同的功能。

1.2室外空氣品質

利用新風直接完成服務器的冷卻降溫，必須要考慮到室外的空氣品質對于數據中心會產生的影響，從某種程度上來說，空氣品質是制約該技術的一個最為主要的因素。為了能夠有效地應對這個情況，業界通常為新風直接冷卻自然空調機組配置更加高的過濾器，甚至是直接使用化學過濾器，并且會設置專門的傳感器來實時的監測室內外的空氣品質，一旦室內外的空氣品質不夠好的時候，依據相關的設定參數，手動或者是自動閥門會直接關閉外新風閥，這個時候氣體是在室內進行流通的，利用機械來壓制冷縮。現如今人們的環保意識都在不斷地增強當中，所以說我國的室外空氣品質也在不斷的好轉。

1.3節能分析的溫濕度控制標準

依據相關技術標準的要求，服務器的機柜進風的溫度必須要控制在18℃～27℃之間，露點溫度需要控制在5.5℃～15℃之間，相對濕度不能夠高于60%，雖然說設計標準已經對于數據中心的溫濕度要求放寬處理，但是這并不意味著只要有新風進入就能夠實現技能，而是要求室外空氣必須要滿足相關的條件，所以新風的引入控制非常的重要，合理地控制能夠確保不增加空調的負荷，又能夠最大程度地利用自然冷卻，由于控制干球溫度以及干球溫差等都存在著控制性的缺陷，所以說我們可以采取綜合控制的方法。

2、項目應用

2.1兩次回風系統

德國柏林的某個新建的項目在市郊林區內部，該地區的空氣品質非常地優良，數據中心的層高為7m，室內的單臺制冷量能夠達到100kw，所配制的新風直接自然冷卻空調箱主要是由機械制冷模塊以及混風箱等模塊共同組成的，混風箱主要用于新風以及回風的混合，由三個電動閥門來有效地控制新風量以及回風量，可以實現三個不同模式的精準度的控制，新風側配置了f5及f7的過濾器，回風側則是配置了G4過濾器。

通過監控數據中心的室內外溫度以及差值，機組的控制器可以有效地在四種不同的模式下運行在制冷的時候和常規的空調房是無異的，機組的送風溫度在經過壓縮之后能夠保證系統迅速制冷。在混合模式下，機組的送風溫度也能夠和風閥共同使用。自然冷卻模式當中，機組的送風溫度跟回風閥是不同的，開度在進入初期模式的時候，新風閥能夠開啟到最大，一旦回風閥打開。新風閥就會開始減少，保證送風的溫度，防霜自然冷卻的時候防霜閥能夠保證在最大度數，機組的送風溫度跟回風閥的開度是有所保證的，新風閥跟回風閥之間的調節方向完全相反。

為了能夠有效地實現機組最大程度的節能，空調箱在配置的時候也設置了可折疊的熱交換盤管，降低了對于氣流壓力的損失，一旦熱交換盤管不工作的時候，氣流無法通過，就可以減少由于氣流經過關閉的交換閥所產生的壓力損失，降低自然冷卻以及防霜自然冷卻模式下對于盤管所損耗的運動功率。在這兩個運動模式的時候，我們需要去收起盤管，此時氣流不穿越，可以直接送到室內當中。

2.2一次回風系統

某個位于云南普洱的項目機房使用的是冷熱通道的布置。專門的空調機房安裝了四臺制冷的一次回風空調機組，該空調機組新風靜壓箱空調布置了四個新風口，對應著四臺機器。機房內部也布置了四個可調余壓的自動排風閥。

當室外的溫度比自然溫度小的時候，或者是室外的溫度跟房間溫度差值比較大，能夠啟動設定差值，室外的溫度比結霜溫度高，或者是房間的濕度在設定的范圍之內，空調機就會進入運轉的模式，普洱市每年的平均氣溫能夠達到15℃～20.3℃，使用一次回風系統，能夠穩定地運行下去，并且該系統已經穩定的運行了將近兩年左右，而且也取得了非常好的節能的效果。

3、回風次數的選擇

為了能夠有效地節約冷熱量，我們可以依據不同的使用條件來對其進行一次回風系統調節，或者是一，二次回風系統調節，應用于數據中心的新風直接自然冷卻空調箱究竟是使用哪一種系統，還是需要考慮到防霜，霜屬于近地面，空氣的水汽在受到輻射之后直接冷卻，降到了霜點，這是在地面或者是物體的表面凝結而成的一種冰晶，含有霜的新風，在進入到空調箱之后會出現兩個后果，一是使過濾網出現堵塞，二就是過低的溫度可能會使過濾網出現損害，還有就是外霜吸熱出現升華，會導致送風溫度偏離設定，由此便可得知，如果室外的新風溫度比較低的話，我們需要采取部分回熱來有效的預熱這些室外的空氣，把霜升華成水蒸氣，然后再經過回風再次混合，控制好送風的溫度。

兩次回風系統在室外溫度低于結霜溫度下，仍然可以使用自然冷源。節能效果明顯的要比一次回風系統更加地優良，但是兩次回風系統的空調箱不僅尺寸偏大，而且控制起來也非常得復雜，造價非常的昂貴，所以說我們可以依據當地的具體的結霜情況來選擇使用一次，或者是二次回風通道的空調箱。如果采用一次回風空調箱的話，可以通過設置專門的緩沖機房來降低結霜對于濾網跟溫度的控制偏差。

結束語 ：

伴隨著社會經濟得不斷的發展以及數據中心對于是溫度要求的放寬，全民的保護意識的不斷的增強，對于室外的空氣質量進行了有效地改善，所以全國各地可以利用的室外新風冷卻的時間也會不斷地擴大，新風直接自然冷卻空調箱能夠有效地在數據中心發揮出節能的作用，打造一個真正綠色化的數據中心。

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